CN111423124B - 耐磨透明釉、耐磨抛釉砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：3～7％的纳米级钙长石、20～30％的钠长石、18～28％的熔融石英、6～10％的高岭土、40～50％的透明熔块、0.01～0.5％的分散剂、0.01～0.1％的增塑剂。本发明通过引入特殊的原料组分，如纳米级钙长石、熔融石英、透明熔块，使该釉料在常规的熔融烧成过程中原料组分之间可发挥协同增效的作用，能高效地生成大量钙长石晶相，进而有效地同步提高釉料的硬度、耐磨性能和透光性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷材料领域，特别涉及耐磨透明釉、耐磨抛釉砖及其制备方法
背景技术
现有的抛釉砖是在图案上层再施一层经过烧制后具有透明效果的釉料(以下称为抛釉)，这样可以在砖面上根据图案设计印刷各种精美的图案，烧成后产品经过抛光处理能呈现图案丰富和光泽度高的特点，因而抛釉砖深受广大消费喜爱，很快就占领了建筑陶瓷的大部分市场。但是抛釉砖上面的抛釉主要是玻璃相，而玻璃相不耐磨，因此抛釉砖容易刮花。不耐磨和容易出现划痕成为抛釉砖生产企业亟待解决的一大难题。
为了解决这个问题，专利CN107399911A公开了一种防滑耐磨釉及其制备方法，其通过加入防滑耐磨颗粒的方法来提高抛釉层的耐磨性，这样方法存在釉层通透性不均匀和耐磨颗粒与玻璃相结合不紧密的问题；专利CN106946460A公开了一种堇青石透明耐磨釉及其制备方法，其通过在抛釉层中生成堇青石晶相的方法提高抛釉烧成后的耐磨性，这种方法存在的问题是堇青石的折射率与玻璃相的折射率相差比较大，透明效果差，且堇青石的硬度低，对抛釉耐磨性能的提高非常有限。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐磨透明釉及其制备方法，同时提供一种应用了该耐透明釉的抛釉砖。
本发明所采取的技术方案是：一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：3～7％的纳米级钙长石、20～30％的钠长石、18～28％的熔融石英、6～10％的高岭土、40～50％的透明熔块、0.01～0.5％的分散剂、0.01～0.1％的增塑剂。
具体地，本发明直接采用纳米级钙长石作为晶种引入釉料中，同时选用熔融石英替代常规的普通石英，并与透明熔块形成特殊的体系，三者具有协同增效的作用，其中纳米钙长石主要为利于熔融过程中钙长石晶相的高效析出；熔融石英纯度高、呈玻璃相，主要为提升釉料的透明度；透明熔块主要为提高烧成后釉料中钙长石的含量。另外，本发明中所述的熔融石英是一种高纯度、低膨胀的材料，其常用于高端耐火材料和电子材料中。除了呈玻璃相和透明度高的自身特性外，本发明中的熔融石英还具有易于与碱土金属反应、有效降低钙长石生成温度的特点，从而可有效提高钙长石的生长速度。因此，本发明对釉料中部分原料的特殊选用与复配，使该釉料在无需调整后续常规陶瓷砖烧成工艺的前提下兼具良好的硬度、耐磨性和光泽度。
作为上述方案的进一步改进，所述纳米级钙长石的粒径为10～100nm。具体地，粒径过大或过小均不利于促进钙长石晶相的快速生成。
作为上述方案的进一步改进，所述纳米级钙长石的硬度为6～6.5、密度为2.55～2.67g/cm3、折射率为1.572～1.588。具体地，自然界中的钙长石经常规加工后仅可用于作为釉料原料之一，而无法用作晶种材料，是由于自然界中的钙长石绝大部分是伴生钙长石，其烧结后的材料性能无法满足对晶种材料的苛刻要求。
作为上述方案的进一步改进，所述纳米级钙长石的制备方法为按重量百分比计将28～32％的方解石、15～20％的石英和45～52％的高岭土混合球磨后经脱水、干燥，在1400～1450℃煅烧2～4h并经破碎、研磨、脱水、干燥得纳米级钙长石。具体地，本发明选用碳酸钙含量很高的方解石作为原料之一，其碳酸钙纯度一般可达99％以上，能有效减少原料中的杂质对合成钙长石成分和结构的影响而导致减低合成钙长石的透光性和纯度的缺陷，再与石英、高岭土以特定的配方和制备方法煅烧而成纳米级钙长石，使该自合成的纳米级钙长石具有适宜的硬度、密度和折射率。进一步地，本发明选用氧化铝含量为44％以上的高岭土作为原料之一，其相较于单纯使用氧化铝和氧化硅更容易反应，更利于提高钙长石晶相生成效率和获得特性合适的纳米级钙长石。
作为上述方案的进一步改进，所述透明熔块按质量百分比计的化学成分为SiO246～52％，Al2O3 23～27％Fe2O3 0.05～0.10％TiO2 0～0.05％，CaO 17～19％，MgO 1.8～2.2％，K2O 2.3～2.7％，Na2O 0.5～0.9％。具体地，本发明的透明熔块中三氧化铝含量与氧化钙含量偏高，属于高铝高钙熔块，其可为釉料在熔融烧成过程中提供适宜钙长石析出的环境。进一步地，本发明所述的透明熔块按重量百分比计可为以下原料组分：23～28％的方解石、26～34％的高岭土、35～45％的长石、3～8％的白云石、1～3％的氧化锌、1～3％的硼砂。具体地，本发明中的透明熔块一方面提高釉料里面的氧化铝和氧化钙的含量，另一方面熔块本身是一种透明状态，其呈现钙长石与玻璃相互熔的玻璃态，因此透明熔块的化学成分与原料组分均对本发明透明熔块的特性具有重要影响。
另外，本发明中所述的分散剂、增塑剂均属于陶瓷釉料中常用的助剂，优选地，本发明所述分散剂采用三聚磷酸钠，所述增塑剂采用聚甲基纤维素，其与釉料中的其它原料组分具有良好的适配性。
本发明还提供一种如上所述的耐磨透明釉的制备方法，其包括如下操作工艺：将各原料组分进行混合球磨至325目筛余在3％以下即得。
具体地，本发明的耐磨透明釉的制备方法包括如下工艺步骤：
1)按原料重量百分比将28～32％的方解石、15～20％的石英和45～52％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1400～1450℃温度下煅烧2～4h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，备用；
2)按原料重量百分比计将23～28％的方解石、26～34％的高岭土、35～45％的长石、3～8％的白云石、1～3％的氧化锌、1～3％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 46～52％，Al2O3 23～27％Fe2O3 0.05～0.10％TiO2 0～0.05％，CaO 17～19％，MgO 1.8～2.2％，K2O 2.3～2.7％，Na2O 0.5～0.9％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得耐磨透明釉成品。
本发明还提供一种耐磨抛釉砖，其包括釉面层，所述釉面层是由本发明所述的耐磨透明釉经烧制而成的耐磨透明抛釉层。
本发明还提供一种如上所述的耐磨抛釉砖的制备方法，其包括如下操作工艺：在带有装饰图案层的陶瓷砖生坯表面布施所述耐磨透明釉，形成耐磨透明抛釉层，后经窑炉一次烧成，磨边、抛光，得耐磨抛釉砖成品。
作为上述方案的进一步改进，所述窑炉一次烧成的烧成温度为1210～1230℃。
本发明的有益效果是：
本发明通过引入特殊的原料组分，如纳米级钙长石、熔融石英、透明熔块，使该釉料在常规的熔融烧成过程中原料组分之间可发挥协同增效的作用，能高效地生成大量钙长石晶相，进而有效地同步提高釉料的硬度、耐磨性能和透光性能。
本发明所制备的耐磨透明釉经常规抛釉砖烧成工艺后可形成性能优异的耐磨透明抛釉层，其莫氏硬度可达5级、耐磨度可达4级、光泽度可达83以上，从而使得应用了该耐磨透明釉的抛釉砖具有优异的耐磨性能和透光性能，进一步拓展了耐磨抛釉砖的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：3％的粒径为100nm的纳米级钙长石、20％的钠长石、28％的熔融石英、6％的高岭土、42.89％的透明熔块、0.01％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将28％的方解石、20％的石英和45％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1450℃温度下煅烧2h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.5、密度为2.55g/cm3、折射率为1.588，备用；
2)按原料重量百分比计将23％的方解石、30％的高岭土、35％的长石、8％的白云石、1％的氧化锌、3％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 50.1％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.05％，CaO 17％，MgO 2.2％，K2O 2.7％，Na2O 0.9％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得实施例1耐磨透明釉成品。
对比例1
一种透明釉，其按原料重量百分比计包括：3％的粒径为2μm的钙长石、20％的钠长石、28％的熔融石英、6％的高岭土、42.89％的透明熔块、0.01％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比计将23％的方解石、30％的高岭土、35％的长石、8％的白云石、1％的氧化锌、3％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 50.1％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.05％，CaO 17％，MgO 2.2％，K2O 2.7％，Na2O 0.9％，备用；
2)将透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得对比例1透明釉成品。
其中，对比例1中所述的钙长石为普通钙长石，具体选用精选原矿钙长石，其化学成分为：SiO2 65.12％、Al2O3 17.31％、Fe2O3 0.15％、TiO2 0.08％、CaO 15.2％、MgO0.22％、K2O 1.08％、Na2O 0.76％。
对比例2
一种透明釉，其按原料重量百分比计包括：3％的粒径为100nm的纳米级钙长石、20％的钠长石、28％的熔融石英、6％的高岭土、42.89％的透明熔块、0.01％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将28％的方解石、20％的石英和45％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1450℃温度下煅烧2h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.5、密度为2.55g/cm3、折射率为1.588，备用；
2)将透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得对比例2透明釉成品。
其中，对比例2中所述的透明熔块为普通透明熔块，其化学成分为：SiO2 58.95％、Al2O3 12.78％、Fe2O3 0.17％、TiO2 8.05％、CaO 13.31％、MgO 0.62％、K2O 1.72％、Na2O0.4％、ZnO 0.32％、B2O3 0.82％。
对比例3
一种透明釉，其按原料重量百分比计包括：3％的粒径为100nm的纳米级钙长石、20％的钠长石、28％的石英、6％的高岭土、42.89％的透明熔块、0.01％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将28％的方解石、20％的石英和45％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1450℃温度下煅烧2h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.5、密度为2.55g/cm3、折射率为1.588，备用；
2)按原料重量百分比计将23％的方解石、30％的高岭土、35％的长石、8％的白云石、1％的氧化锌、3％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 50.1％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.05％，CaO 17％，MgO 2.2％，K2O 2.7％，Na2O 0.9％，备用；
3)将透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得对比例3透明釉成品。
其中，对比例3中所述的石英为普通石英，其化学成分SiO2 98.5％、Al2O3 0.6％、Fe2O3 0.05％、TiO2 0.05％、CaO 0.04％、MgO0.05％、K2O 0.21％、Na2O 0.15％。
对比例4
一种透明釉，其按原料重量百分比计包括：10％的粒径为10～100nm的纳米级钙长石、15％的钠长石、30％的熔融石英、5％的高岭土、39.49％的透明熔块、0.5％的三聚磷酸钠、0.01％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将28％的方解石、20％的石英和45％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1450℃温度下煅烧2h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.5、密度为2.55g/cm3、折射率为1.588，备用；
2)按原料重量百分比计将23％的方解石、30％的高岭土、35％的长石、8％的白云石、1％的氧化锌、3％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 50.1％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.05％，CaO 17％，MgO 2.2％，K2O 2.7％，Na2O 0.9％，备用；
3)将透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得对比例4透明釉成品。
实施例2
一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：7％的粒径为10nm的纳米级钙长石、24.49％的钠长石、18％的熔融石英、10％的高岭土、40％的透明熔块、0.5％的三聚磷酸钠、0.01％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将32％的方解石、16％的石英和52％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1400℃温度下煅烧4h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6、密度为2.67g/cm3、折射率为1.572，备用；
2)按原料重量百分比计将28％的方解石、26％的高岭土、36％的长石、8％的白云石、1％的氧化锌、1％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 52％，Al2O324.3％，Fe2O3 0.10％，CaO19％，MgO 1.8％，K2O 2.3％，Na2O 0.5％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得实施例2耐磨透明釉成品。
实施例3
一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：5％的粒径为50nm的纳米级钙长石、25％的钠长石、20％的熔融石英、8％的高岭土、41.75％的透明熔块、0.2％的三聚磷酸钠、0.05％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将30％的方解石、18％的石英和52％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1425℃温度下煅烧3h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.2、密度为2.6g/cm3、折射率为1.58，备用；
2)按原料重量百分比计将25％的方解石、30％的高岭土、40％的长石、3％的白云石、1％的氧化锌、1％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 51.75％，Al2O3 25％，Fe2O3 0.05％，TiO2 0.05％，CaO 18％，MgO 2％，K2O 2.5％，Na2O 0.65％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得实施例3耐磨透明釉成品。
实施例4
一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：4％的粒径为50nm的纳米级钙长石、24％的钠长石、23％的熔融石英、8.7％的高岭土、40％的透明熔块、0.2％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将32％的方解石、20％的石英和48％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1400℃温度下煅烧2h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.2、密度为2.65g/cm3、折射率为1.578，备用；
2)按原料重量百分比计将24％的方解石、26％的高岭土、42％的长石、4％的白云石、3％的氧化锌、1％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 48.94％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.01％，CaO 19％，MgO 2％，K2O 2.5％，Na2O 0.5％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得实施例4耐磨透明釉成品。
实施例5
一种耐磨透明釉，其按原料重量百分比计包括：4％的粒径为100nm的纳米级钙长石、24％的钠长石、23％的熔融石英、8.7％的高岭土、40％的透明熔块、0.2％的三聚磷酸钠、0.1％的聚甲基纤维素。
制备方法：
1)按原料重量百分比将32％的方解石、20％的石英和48％的高岭土混合球磨至98％以上的颗粒低于50μm，后经脱水、干燥，将干燥后的粉料在1450℃温度下煅烧2.5h合成钙长石粗颗粒，再将钙长石粗颗粒经破碎、研磨、脱水、干燥处理，得纳米级钙长石，经检测，其烧成后的硬度为6.35、密度为2.63g/cm3、折射率为1.585，备用；
2)按原料重量百分比计将24％的方解石、26％的高岭土、42％的长石、4％的白云石、3％的氧化锌、1％的硼砂混合熔融烧制得透明熔块，控制其化学成分为SiO2 48.94％，Al2O3 27％Fe2O3 0.05％，TiO2 0.01％，CaO 19％，MgO 2％，K2O 2.5％，Na2O 0.5％，备用；
3)将耐磨透明釉的各原料组分进行混合球磨，球磨至过325目筛余在3％以下，即得实施例5耐磨透明釉成品。
实施例6：性能检测
将上述实施例1～5所得耐磨透明釉成品和对比例1～4所得耐磨透明釉成品，分别布施于相同的、带有装饰图案层的陶瓷砖生坯表面，形成透明抛釉层，后经窑炉在烧成温度为1210～1230℃下进行一次烧成，磨边、抛光，得实施例1～5试样和对比例1～4试样。分别对实施例1～5试样和对比例1～4试样进行相关性能检测，其检测结果如下表1所示。
表1实施例1～5和对比例1～4产品性能检测
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (8)
1.一种耐磨透明釉，其特征在于，按原料重量百分比计包括：3～7％的纳米级钙长石、20～30％的钠长石、18～28％的熔融石英、6～10％的高岭土、40～50％的透明熔块、0.01～0.5％的分散剂、0.01～0.1％的增塑剂；
所述纳米级钙长石的制备方法为按重量百分比计将28～32％的方解石、15～20％的石英和45～52％的高岭土混合球磨后经脱水、干燥，在1400～1450℃煅烧2～4h并经破碎、研磨、脱水、干燥得纳米级钙长石；
所述透明熔块按质量百分比计的化学成分为SiO2 46～52％，Al2O3 23～27％，Fe2O30.05～0.10％，TiO2 0～0.05％，CaO 17～19％，MgO 1.8～2.2％，K2O 2.3～2.7％，Na2O 0.5～0.9％。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨透明釉，其特征在于，所述纳米级钙长石的粒径为10～100nm。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨透明釉，其特征在于，所述纳米级钙长石的硬度为6～6.5、密度为2.55～2.67g/cm3、折射率为1.572～1.588。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨透明釉，其特征在于，所述透明熔块的原料组分按重量百分比计包括：23～28％的方解石、26～34％的高岭土、35～45％的长石、3～8％的白云石、1～3％的氧化锌、1～3％的硼砂。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的耐磨透明釉的制备方法，其特征在于，包括如下操作工艺：将各原料组分进行混合球磨至325目筛余在3％以下即得。
6.一种耐磨抛釉砖，包括釉面层，其特征在于，所述釉面层为权利要求1～4任一项所述的耐磨透明釉经烧制而成的耐磨透明抛釉层。
7.一种如权利要求6所述的耐磨抛釉砖的制备方法，其特征在于，包括如下操作工艺：在带有装饰图案层的陶瓷砖生坯表面布施所述耐磨透明釉，形成耐磨透明抛釉层，后经窑炉一次烧成，磨边、抛光，得成品。
8.根据权利要求7所述的一种耐磨抛釉砖的制备方法，其特征在于，所述窑炉一次烧成的烧成温度为1210～1230℃。
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